本發(fā)明涉及電機孤網(wǎng)運行技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電站孤島運行直流融冰裝置及其融冰方法。

背景技術(shù)：

2008年冰災給我國造成了很大的經(jīng)濟損失，此后我國研究人員開始大量的進行直流融冰裝置的研發(fā)，成功的研制出自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率直流融冰裝置，包括帶專用整流變壓器、不帶專用整流變壓器、車載移動式等多種融冰形式。但現(xiàn)有的直流融冰裝置無一例外是由大電網(wǎng)充當電源，系統(tǒng)容量大、穩(wěn)定性高，如專利CN 102255273A，提出了一種基于不可控整流的直流融冰方式，使用電網(wǎng)供電，沒有考慮諧波電流對電網(wǎng)的影響，且直流電流不可調(diào)，不能應對多條線路融冰的場合，不適用于孤島融冰情況。而在發(fā)電機孤島運行時，受諧波電流的影響，發(fā)電機帶負載能力嚴重下降，且由于調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)工頻特性，系統(tǒng)頻率有所偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電站孤島運行直流融冰裝置及其融冰方法，直流電流可調(diào)，可以滿足不同線路的融冰需求，可以有效克服孤島運行時頻率偏差及波動的影響，提高水電站孤島運行時帶非線性負載的能力，并能運用在不同線路上。

本發(fā)明提供了一種電站孤島運行直流融冰裝置，該裝置包括整流變壓器、電抗器、6脈波可控硅整流橋、線路切換柜、LC無源濾波器及保護測量控制系統(tǒng)；

所述整流變壓器的輸入端和所述電抗器的輸入端通過斷路器連接到發(fā)電機提供的交流電源，所述整流變壓器的輸出端和所述電抗器的輸出端與6脈波可控硅整流橋連接的三相輸入端連接，將三相交流電變?yōu)橹绷鳎?脈波可控硅整流橋的直流側(cè)正負極輸出通過所述線路切換柜與需要融冰的三相交流線路連接，所述6脈波可控硅整流橋和所述線路切換柜之間設置所述保護測量控制系統(tǒng)，所述LC無源濾波器與所述發(fā)電機提供的交流電源連接。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述線路切換柜包括第一開關(guān)K₁、第二開關(guān)K₂、第三開關(guān)K₃和第四開關(guān)K₄，所述第一開關(guān)K₁與融冰線路A相連接，所述第二開關(guān)K₂和所述第三開關(guān)K₃并聯(lián)后與融冰線路的B相連接，所述第四開關(guān)K₄與融冰線路的C相連接。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述保護測量控制系統(tǒng)包括電壓互感器和電流互感器。

本發(fā)明還提供了一種電站孤島運行直流融冰裝置的融冰方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，開始融冰前，將輸電線路從電路中脫離，首先將第一開關(guān)K₁、第二開關(guān)K₂、第三開關(guān)K₃、第四開關(guān)K₄斷開，然后將A、B、C三相線路末端短接；

步驟2，如果線路所需融冰電流大、融冰功率大時，選擇1進2回線路短接方式，由A、B、C三相導線與融冰裝置組成融冰回路，分三次對線路融冰，同時，融冰電流大時，直流電壓大，直接通過電抗器向6脈波可控硅整流橋供電；

如果線路所需融冰電流小、融冰功率小時，先選擇1進1回線路短接方式，由兩相導線與融冰裝置組成融冰回路，一次融化兩相線路的覆冰，然后選擇1進2回線路短接方式，將已融線路電流將為該融冰電流的一半，減少再次覆冰，同時，融冰電流小時，采用整流變壓器將發(fā)電機輸出的電壓降低，然后向6脈波可控硅整流橋供電；

步驟3，融冰時，6脈波可控硅整流橋采取電流閉環(huán)控制，使用PID調(diào)節(jié)器，將直流電流逐步調(diào)節(jié)至所需融冰電流；

步驟4，融冰結(jié)束時，PID調(diào)節(jié)器將融冰電流逐步降低為零。

作為本發(fā)明進一步的改進，步驟2中，當線路所需融冰電流大時，分三次對線路融冰：

對A相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂斷開；

對B相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第三開關(guān)K₃斷開；

對C相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂和所述第三開關(guān)K₃一個閉合一個斷開；

作為本發(fā)明進一步的改進，步驟2中，當線路所需融冰電流小時，一次融化兩相線路的覆冰：

對A相、B相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃閉合，所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄斷開；

對B相、C相導線融冰時，所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃斷開；

對A相、C相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂、所述第三開關(guān)K₃斷開。

本發(fā)明的有益效果為：

1、直流電流可調(diào)，可以滿足不同線路的融冰需求，LC無源濾波器可以在電站孤島運行時正常工作，有效克服孤島運行時頻率偏差及波動的影響，減少流入發(fā)電機內(nèi)部的諧波電流，提高功率因數(shù)，提高水電站孤島運行時發(fā)電機帶非線性負載的能力，達到額定融冰功率；

2、不同線路融冰時，整流裝置分別通過整流變壓和電抗器供電，可以在融冰功率差距較大時降低可控硅整流器的導通角，減小諧波含量，可適應110kV、35kV、10kV等各種線路；

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，性價比高；

4、調(diào)諧頻率可根據(jù)發(fā)電機功率-頻率靜態(tài)特性，發(fā)電機孤島運行帶額定融冰負載設定，能夠滿足孤島融冰時濾波要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的一種電站孤島運行直流融冰裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明發(fā)電機功率-頻率靜態(tài)特性圖；

圖3為本發(fā)明融冰線路短接示意圖，其中，圖(a)1進1回線路短接方式，圖(b)為1進2回線路短接方式。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。

實施例1，如圖1所示，本發(fā)明第一實施例的一種電站孤島運行直流融冰裝置，該裝置包括整流變壓器、電抗器、6脈波可控硅整流橋、線路切換柜、LC無源濾波器及保護測量控制系統(tǒng)。

整流變壓器的輸入端和電抗器的輸入端通過斷路器連接到發(fā)電機提供的交流電源，整流變壓器的輸出端和電抗器的輸出端與6脈波可控硅整流橋連接的三相輸入端連接，將三相交流電變?yōu)橹绷鳎?脈波可控硅整流橋的直流側(cè)正負極輸出通過線路切換柜與需要融冰的三相交流線路連接，6脈波可控硅整流橋和線路切換柜之間設置保護測量控制系統(tǒng)，LC無源濾波器與發(fā)電機提供的交流電源連接。

其中，線路切換柜包括第一開關(guān)K₁、第二開關(guān)K₂、第三開關(guān)K₃和第四開關(guān)K₄，第一開關(guān)K₁與融冰線路A相連接，第二開關(guān)K₂和第三開關(guān)K₃并聯(lián)后與融冰線路的B相連接，第四開關(guān)K₄與融冰線路的C相連接。

保護測量控制系統(tǒng)包括電壓互感器和電流互感器。

實施例2，本發(fā)明第二實施例所述的一種電站孤島運行直流融冰裝置的融冰方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，開始融冰前，將輸電線路從電路中脫離，首先將第一開關(guān)K₁、第二開關(guān)K₂、第三開關(guān)K₃、第四開關(guān)K₄斷開，然后將A、B、C三相線路末端短接。

步驟2，如果線路所需融冰電流大、融冰功率大時，選擇1進2回線路短接方式，由A、B、C三相導線與融冰裝置組成融冰回路，分三次對線路融冰，同時，融冰電流大時，直流電壓大，直接通過電抗器向6脈波可控硅整流橋供電，使6脈波可控硅整流橋的導通角在在適當范圍內(nèi)用于減小諧波。

具體的：對A相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂斷開；

對B相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第三開關(guān)K₃斷開；

對C相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂和所述第三開關(guān)K₃一個閉合一個斷開。

步驟3，融冰時，6脈波可控硅整流橋采取電流閉環(huán)控制，使用PID調(diào)節(jié)器，將直流電流逐步調(diào)節(jié)至所需融冰電流，且可根據(jù)已有程序自動將直流電流逐步調(diào)節(jié)至所需融冰電流，緩解調(diào)速器調(diào)節(jié)壓力，保證系統(tǒng)頻率波動相對較小，同時，LC無源濾波器在孤島運行中仍能起到很好的效果，保證流入發(fā)電機的諧波在電機的允許范圍內(nèi)。

步驟4，融冰結(jié)束時，PID調(diào)節(jié)器將融冰電流逐步降低為零，減小頻率波動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

實施例3，與實施例2不同之處在于，步驟2中，如果線路所需融冰電流小、融冰功率小時，先選擇1進1回線路短接方式，由兩相導線與融冰裝置組成融冰回路，一次融化兩相線路的覆冰，提高融冰效率，節(jié)約成本。然后選擇1進2回線路短接方式，此時已融線路電流為該融冰電流的一半，有利于對已融線路的保護，減少再次覆冰。同時，融冰電流小時，采用整流變壓器將發(fā)電機輸出的電壓降到合適的等級，然后向6脈波可控硅整流橋供電，使6脈波可控硅整流橋的導通角在在適當范圍內(nèi)用于減小諧波。

具體的：

對A相、B相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃閉合，所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄斷開；

對B相、C相導線融冰時，所述第二開關(guān)K₂、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第一開關(guān)K₁、所述第三開關(guān)K₃斷開；

對A相、C相導線融冰時，所述第一開關(guān)K₁、所述第四開關(guān)K₄閉合，所述第二開關(guān)K₂、所述第三開關(guān)K₃斷開。

本發(fā)明的電源由發(fā)電機提供，發(fā)電機、融冰轉(zhuǎn)置及融冰線路組成一個小型孤網(wǎng)，整流裝置將三相交流電變?yōu)橹绷?，然后供給線路，通過電流熱效應來融化線路覆冰，整流裝置采用電流閉環(huán)控制方式，通過調(diào)節(jié)晶閘管導通角來調(diào)節(jié)融冰電流，并可按程序自動改變?nèi)诒娏?。由于整流裝置采取6脈波可控硅整流，將會產(chǎn)生6N±1次的諧波，諧波流入發(fā)電機內(nèi)部將會影響發(fā)電機內(nèi)部磁場，使電磁轉(zhuǎn)矩波動，帶負載能力大大減小，因此本發(fā)明使用LC無源濾波器進行濾波，減小流入發(fā)電機組的諧波電流，使發(fā)電機的出力最大。LC無源濾波器可根據(jù)如圖2所示的發(fā)電機組功率-頻率特性得出發(fā)電機帶額定融冰負載時系統(tǒng)頻率后，再根據(jù)此頻率進行濾波器的設計。

本發(fā)明中整流裝置分別通過整流變壓器和電抗器供電，融冰電流大、所需功率高的場合直接使用電抗器供電；融冰負載較小時通過整流變壓器供電，將整流裝置導通角控制在合適范圍，減小諧波。

本發(fā)明在線路負載方面，針對不同線路選取不同短接方式，線路短接方式如圖3所示，當線路所需融冰電流較大時，選擇1進2回線路短接方式，降低融冰功率，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，當所需融冰電流較小時，采取1進1回線路短接方式，同時對兩相線路融冰提高效率。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。